華盛頓大學：粉末床電子束熔融金屬3D打印，鈦粉可重復使用30次

2021年1月8日，南極熊獲悉，在華盛頓大學的一個研究小組最近發(fā)表的一項研究中，利用X射線微型計算機斷層掃描（CT），對Ti6Al4V的粉末床熔融-電子束熔化（PBF-EB）增材制造產(chǎn)生的孔隙率進行了一系列30次構(gòu)建周期（包括約480小時的累積構(gòu)建時間）的表征。研究表明，增材制造粉末可以重復使用多達30次，而孔隙率沒有顯著增加。

在追求金屬增材制造（AM）工業(yè)化的過程中，粉末重復使用已經(jīng)成為一個核心問題。此外，孔隙率對金屬部件可靠性和金屬的損傷容忍度是一個關鍵問題。 然而，粉末重復使用對金屬孔隙率的貢獻受到了非常有限的關注。

孔隙來源于氣體霧化粉末的孔隙，以及由熔池不完全融合引起的孔隙。雖然隨著粉末的重復使用，孔隙大小分布略有減少，但總體平均體積孔隙率為0.10±0.02%，且隨著重復使用的增加，孔隙率沒有明顯變化。

△分別為(a)b1、(b)b10、(c)b20和(d)b30的金屬圓柱體試樣內(nèi)的孔隙密度圖

此外，研究還發(fā)現(xiàn)孔徑與球形度之間存在反比關系，大孔徑構(gòu)成更大的有效應力集中。而最大的孔隙密度位于等高線與熔體梁之間的過渡處，約0.5-1.0mm的表面附近的零件，最大的孔隙位于內(nèi)部孵化區(qū)域。

因此，盡管顆粒逐漸變形，氧化程度增加，但在Ti6Al4V的PBF-EB 增材制造中，隨著粉末的重復使用，金屬孔隙率沒有明顯的變化。雖然根據(jù)具體的應用，對粉末質(zhì)量和孔隙率的具體要求有很大的不同，醫(yī)療和航空航天應用往往執(zhí)行非常嚴格的規(guī)定，但事實上，關于粉末重復使用后的質(zhì)量的文獻仍然不是那么多，而且總體上認為不能重熔和重復使用多次，有時顯得很教條，而不是基于已證實的事實。

隨著增材制造行業(yè)向規(guī)模化生產(chǎn)過渡，重復使用增材制造粉末，特別是PBF工藝所需的高球形粉末，將是降低整體零件成本的關鍵因素。



論文: Powder reuse and its contribution to porosity in additive manufacturing of Ti6Al4V